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玉米是世界最重要的粮食作物,且涉及在经济行业、饲料行业及新能源产业等方向的发展应用,其需求量尤其在发展中国家将越来越多,预计至2050年将增加一倍。玉米在我国栽培面积和总产量排列第一,而干旱是主要制约其产量的因素。苗期又是玉米各器官发育的初级阶段,干旱会导致苗弱、存活率低,以至于影响以后苗全和苗壮的生长状态,最后影响玉米产量。据报道,我国东北地区近5年除了2016年外均出现了大面积春旱的情况。因此,采用遗传学和基因工程手段进行玉米的遗传育种,培育具有抗旱性尤其是苗期抗旱性的玉米品种,对提高玉米抗旱性,乃至提高玉米的产量具有重要科学意义,以期满足人们对玉米日益增长的需求。本文选取326份变异广泛的玉米自交系群体,利用20%PEG6000溶液对玉米苗期进行模拟干旱胁迫处理,获取玉米株高、根长、株鲜重、根鲜重、株干重、根干重和根冠比7个形态指标数据计算抗旱指数,并进行BLUP分析,再结合群体基因型进行全基因组关联分析(GWAS),定位并筛选出与抗旱表型相关的独立显著单核苷酸多态性(SNP)位点,根据SNP位点筛选出可以调控玉米性状的抗旱性候选基因。采用抗旱性隶属函数法比对出抗旱敏感性不同的两种玉米材料,对从候选基因中筛选出的5个与耐旱性相关的基因进行在玉米苗期叶片干旱胁迫下的表达量分析(qRT-PCR),以验证GWAS分析结果并为分离抗旱相关基因奠定基础。本试验研究结果如下:(1)本试验测定的7个抗旱指标数据均呈正态分布,遗传力分析结果均呈现中高等遗传力,指标株鲜重表现出最高遗传力水平为0.89,指标株高表现出中等遗传力水平为0.52。说明了耐旱性状是由遗传因素控制,试验分析结果可靠。性状间相关性分析结果表示除了根长、根鲜重与根冠比表现出不相关关系外,其他性状间均呈现极显著正相关或者负相关关系,可能是因为根干重不易测量缺失导致。这其中除了株高、株鲜重、株干重与根冠比呈现极显著负相关关系之外,其余指标间均呈现极显著正相关关系,负相关关系对应的皮尔森系数分别为-0.26、-0.24和-0.32,正相关关系皮尔森系数区间为0.19-0.72,分别对应指标株高与根长、株鲜重与株干重之间的相关性。(2)本试验对7个抗旱指标数据在不同亚群间统计分析发现,指标株高和根冠比受群体结构影响表现出显著差异性,其他指标在不同亚群间分布差异不明显,观察分析发现所有指标的干旱敏感性均表现出在温带来源的玉米中影响最大,且地上部分的指标的干旱敏感性受群体影响较地下部分大,故根冠比出现显著性差异的群体效应,效应结果与地上部分趋势成反比。(3)本试验将7个玉米苗期耐旱性状抗旱指数作为表型数据与群体基因型进行GWAS分析,共定位并筛选出53个独立显著的SNP位点,在耐旱指标关联区域内预测出193个候选基因,对这些基因进行功能注释和途径分类,可分为10个类型:38个信号转导途径、31个代谢途径、21个转录调控途径、16个细胞转运途径、12个蛋白质编辑途径、8个氧化还原反应途径、8个RNA编辑途径、6个翻译调控途径、2个DNA编辑途径以及51个没有功能注释信息的基因。(4)本试验通过独立显著SNP位点物理位置筛选出对应区间的53个核心基因,根据这些基因的功能注释发现有16个是与抗旱性相关的候选基因,分别为GRMZM5G858197、GRMZM2G142932、GRMZM5G838098、GRMZM2G060114、GRMZM2G341621、GRMZM2G086992、GRMZM2G355679、GRMZM2G382632、GRMZM2G046816、GRMZM2G130348、GRMZM2G009368、GRMZM2G179147、GRMZM2G168375、GRMZM2G323830、GRMZM2G129357和GRMZM2G034572,这些基因可以在拟南芥、水稻、小麦等植物中分离出来,大量研究证明与植物生物和非生物胁迫相关,是未来抗旱等逆境机制研究的重要候选基因。(5)采用抗旱性隶属函数法对玉米苗期7个抗旱性状的抗旱指数进行隶属值计算,平均7个指标隶属值评价玉米各品系抗旱性强弱,筛选出对干旱敏感性不同的两个品系7884-4Ht和975-12作为基因表达量分析材料。从候选基因中筛选出5个具有代表性地抗旱基因(Trpp6、bZIP、NCED1、CPD20和TIFY)进行在玉米苗期干旱胁迫下叶片中的表达量分析,结果发现这5个基因均参与了胁迫应答,出现了不同诱导模式的差异表达量结果,说明了这5个基因是植物抗逆性相关重要基因。通过对这5个基因表达量与抗旱性指标相关性分析发现,根长与Trpp6、NCED1和CPD20基因,株鲜重与bZIP基因,根冠比与TIFY基因间均呈正相关关系。